Name: collection of skeletal muscle biopsies from the superior compartment of human musculus tibialis anterior for mechanical evaluation
Uploaded: 2020-09-27T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Collection of Skeletal Muscle Biopsies from the Superior Compartment of Human Musculus Tibialis Anterior for Mechanical Evaluation at JoVE.com

Agradecemos a Michaela Rau, Lea-Fedia Rissmann, Michael Marsh, Janina-Sophie Tennler, Kilian Kimmeskamp e Wolfgang Linke por ajudarem no projeto. O financiamento para este projeto foi fornecido pela Fundação MERCUR (ID: An-2016-0050) à DH.

NOTA: Abaixo, delineamos um protocolo para colher fibras mecanicamente intactas do TA de voluntários que estavam inscritos em um estudo em andamento separado. Este protocolo é semelhante ao descrito por Shanely et al.3, que descreveram a técnica modificada de Bergström em vasto lateralis. As informações aqui apresentadas foram refinadas pelo nosso grupo de pesquisa, mas podem não ser ideais para todos os grupos de laboratório ou configurações organizacionais. Nós damos apenas diretrizes...

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	<li>Franchi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Architectural,+functional+and+molecular+responses+to+concentric+and+eccentric+loading+in+human+skeletal+muscle.">Architectural, functional and molecular responses to concentric and eccentric loading in human skeletal muscle.</a> Acta Physiologica. 210 (3), 642-654 (2014).</li><li>Duchene, G. B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=De+la+paralysie+musculaire+pseudo-hypertrophique,+ou+paralysie+myo-scl&#233;rosique+/+par+le+Dr+Duchenne+(de+Boulogne).">De la paralysie musculaire pseudo-hypertrophique, ou paralysie myo-scl&#233;rosique / par le Dr Duchenne (de Boulogne).</a> Archives of General Internal Medicine. 11 (30), (1868).</li><li>Shanely, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+skeletal+muscle+biopsy+procedures+using+the+modified+Bergstr&#246;m+technique.">Human skeletal muscle biopsy procedures using the modified Bergstr&#246;m technique.</a> Journal of Visualized Experiments. (91), e51812 (2014).</li><li>Evans, W. J., Phinney, S. D., Young, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suction+applied+to+a+muscle+biopsy+maximizes+sample+size.">Suction applied to a muscle biopsy maximizes sample size.</a> Medicine and Science in Sports and Exercise. 14 (1), 101-102 (1982).</li><li>Bergstrom, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Percutaneous+needle+biopsy+of+skeletal+muscle+in+physiological+and+clinical+research.">Percutaneous needle biopsy of skeletal muscle in physiological and clinical research.</a> Scandinavian Journal of Clinical and Laboratory Investigation. 35 (7), 609-616 (1975).</li><li>Baczynska, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+Vastus+Lateralis+Skeletal+Muscle+Biopsy+Using+the+Weil-Blakesley+Conchotome.">Human Vastus Lateralis Skeletal Muscle Biopsy Using the Weil-Blakesley Conchotome.</a> Journal of Visualized Experiments. (109), e53075 (2016).</li><li>Pesta, D., Gnaiger, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+respirometry:+OXPHOS+protocols+for+human+cells+and+permeabilized+fibers+from+small+biopsies+of+human+muscle.">High-resolution respirometry: OXPHOS protocols for human cells and permeabilized fibers from small biopsies of human muscle.</a> Methods in Molecular Biology. 810, 25-58 (2012).</li><li>Buck, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+respirometry+of+fine-needle+muscle+biopsies+in+pre-manifest+Huntington's+disease+expansion+mutation+carriers+shows+normal+mitochondrial+respiratory+function.">High-resolution respirometry of fine-needle muscle biopsies in pre-manifest Huntington's disease expansion mutation carriers shows normal mitochondrial respiratory function.</a> Plos One. 12 (4), 01175248 (2017).</li><li>Murgia, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+Muscle+Fiber+Proteomics+Reveals+Fiber-Type-Specific+Features+of+Human+Muscle+Aging.">Single Muscle Fiber Proteomics Reveals Fiber-Type-Specific Features of Human Muscle Aging.</a> Cell Reports. 19 (11), 2396-2409 (2017).</li><li>Friedmann-Bette, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+strength+training+with+eccentric+overload+on+muscle+adaptation+in+male+athletes.">Effects of strength training with eccentric overload on muscle adaptation in male athletes.</a> European Journal of Applied Physiology. 108 (4), 821-836 (2010).</li><li>McPhee, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+contributions+of+fibre+atrophy,+fibre+loss,+in+situ+specific+force+and+voluntary+activation+to+weakness+in+sarcopenia.">The contributions of fibre atrophy, fibre loss, in situ specific force and voluntary activation to weakness in sarcopenia.</a> The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 73 (10), 1287-1294 (2018).</li><li>Nocella, M., Cecchi, G., Bagni, M. A., Colombini, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force+enhancement+after+stretch+in+mammalian+muscle+fiber:+no+evidence+of+cross-bridge+involvement.">Force enhancement after stretch in mammalian muscle fiber: no evidence of cross-bridge involvement.</a> American Journal of Physiology. Cell Physiology. 307 (12), 1123-1129 (2014).</li><li>Patel, J. R., McDonald, K. S., Wolff, M. R., Moss, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ca2++binding+to+troponin+C+in+skinned+skeletal+muscle+fibers+assessed+with+caged+Ca2++and+a+Ca2++fluorophore.+Invariance+of+Ca2++binding+as+a+function+of+sarcomere+length.">Ca2+ binding to troponin C in skinned skeletal muscle fibers assessed with caged Ca2+ and a Ca2+ fluorophore. Invariance of Ca2+ binding as a function of sarcomere length.</a> The Journal of Biological Chemistry. 272 (9), 6018-6027 (1997).</li><li>Hessel, A. L., Joumaa, V., Eck, S., Herzog, W., Nishikawa, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+length,+calcium+sensitivity+and+twitch+characteristics+of+skeletal+muscles+from+mdm+mice+with+a+deletion+in+N2A+titin.">Optimal length, calcium sensitivity and twitch characteristics of skeletal muscles from mdm mice with a deletion in N2A titin.</a> The Journal of Experimental Biology. 222, (2019).</li><li>Joumaa, V., Herzog, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+sensitivity+of+residual+force+enhancement+in+rabbit+skinned+fibers.">Calcium sensitivity of residual force enhancement in rabbit skinned fibers.</a> American Journal of Physiology. Cell Physiology. 307 (4), 395-401 (2014).</li><li>Joumaa, V., Rassier, D. E., Leonard, T. R., Herzog, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+origin+of+passive+force+enhancement+in+skeletal+muscle.">The origin of passive force enhancement in skeletal muscle.</a> American Journal of Physiology. Cell Physiology. 294 (1), 74-78 (2008).</li><li>Hilber, K., Galler, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+and+myosin+heavy+chain+isoform+composition+of+skinned+skeletal+muscle+fibres+from+a+human+biopsy+sample.">Mechanical properties and myosin heavy chain isoform composition of skinned skeletal muscle fibres from a human biopsy sample.</a> Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 434 (5), 551-558 (1997).</li><li>Miller, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+heart+failure+decreases+cross-bridge+kinetics+in+single+skeletal+muscle+fibres+from+humans.">Chronic heart failure decreases cross-bridge kinetics in single skeletal muscle fibres from humans.</a> The Journal of Physiology. 588, 4039-4053 (2010).</li><li>Pinnell, R. A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Residual+force+enhancement+and+force+depression+in+human+single+muscle+fibres.">Residual force enhancement and force depression in human single muscle fibres.</a> Journal of Biomechanics. 91, 164-169 (2019).</li><li>Einarsson, F., Runesson, E., Frid&#233;n, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Passive+mechanical+features+of+single+fibers+from+human+muscle+biopsies--effects+of+storage.">Passive mechanical features of single fibers from human muscle biopsies--effects of storage.</a> Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 3, 22 (2008).</li><li>Flann, K. L., LaStayo, P. C., McClain, D. A., Hazel, M., Lindstedt, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Muscle+damage+and+muscle+remodeling:+no+pain,+no+gain.">Muscle damage and muscle remodeling: no pain, no gain.</a> The Journal of Experimental Biology. 214, 674-679 (2011).</li><li>Commission for Hospital Hygiene and Infection Prevention (KRINKO), Federal Institute for Drugs and Medical Devices (BfArM). <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anforderungen+an+die+Hygiene+bei+der+Aufbereitung+von+Medizinprodukten+[Hygiene+requirements+for+the+reprocessing+of+medical+devices].">Anforderungen an die Hygiene bei der Aufbereitung von Medizinprodukten [Hygiene requirements for the reprocessing of medical devices].</a> Bundesgesundheitsblatt, Gesundheitsforschung, Gesundheitsschutz. 55 (10), 1244-1310 (2012).</li><li>Koch-Institut, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Erg&#228;nzung+zur+Empfehlung+Anforderungen+an+die+Hygiene+bei+der+Aufbereitung+von+Medizinprodukten.">Erg&#228;nzung zur Empfehlung Anforderungen an die Hygiene bei der Aufbereitung von Medizinprodukten.</a> RKI-Bib1. , (2018).</li><li>Rutala, W. A., Weber, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disinfection+and+sterilization+in+healthcare+facilities.">Disinfection and sterilization in healthcare facilities.</a> Practical Healthcare Epidemiology. , 58-81 (2018).</li><li>Rassier, D. E., MacIntosh, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sarcomere+length-dependence+of+activity-dependent+twitch+potentiation+in+mouse+skeletal+muscle.">Sarcomere length-dependence of activity-dependent twitch potentiation in mouse skeletal muscle.</a> BMC Physiology. 2, 19 (2002).</li><li>Mounier, Y., Holy, X., Stevens, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compared+properties+of+the+contractile+system+of+skinned+slow+and+fast+rat+muscle+fibres.">Compared properties of the contractile system of skinned slow and fast rat muscle fibres.</a> Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 415 (2), 136-141 (1989).</li><li>Henriksson, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semi-open+muscle+biopsy+technique.+A+simple+outpatient+procedure.">Semi-open muscle biopsy technique. A simple outpatient procedure.</a> Acta Neurologica Scandinavica. 59 (6), 317-323 (1979).</li><li>Dietrichson, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conchotome+and+needle+percutaneous+biopsy+of+skeletal+muscle.">Conchotome and needle percutaneous biopsy of skeletal muscle.</a> Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 50 (11), 1461-1467 (1987).</li><li>Iachettini, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tibialis+anterior+muscle+needle+biopsy+and+sensitive+biomolecular+methods:+a+useful+tool+in+myotonic+dystrophy+type+1.">Tibialis anterior muscle needle biopsy and sensitive biomolecular methods: a useful tool in myotonic dystrophy type 1.</a> European Journal of Histochemistry. 59 (4), 2562 (2015).</li><li>Cotter, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suction-modified+needle+biopsy+technique+for+the+human+soleus+muscle.">Suction-modified needle biopsy technique for the human soleus muscle.</a> Aviation, Space, and Environmental Medicine. 84 (10), 1066-1073 (2013).</li><li>Edwards, R. H., Round, J. M., Jones, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Needle+biopsy+of+skeletal+muscle:+a+review+of+10+years+experience.">Needle biopsy of skeletal muscle: a review of 10 years experience.</a> Muscle &amp; Nerve. 6 (9), 676-683 (1983).</li><li>Gibreel, W. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safety+and+yield+of+muscle+biopsy+in+pediatric+patients+in+the+modern+era.">Safety and yield of muscle biopsy in pediatric patients in the modern era.</a> Journal of Pediatric Surgery. 49 (9), 1429-1432 (2014).</li><li>Cuisset, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Muscle+biopsy+in+children:+Usefulness+in+2012.">Muscle biopsy in children: Usefulness in 2012.</a> Revue Neurologique. 169 (8-9), 632-639 (2013).</li><li>Nilipor, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+one+hundred+pediatric+muscle+biopsies+during+a+2-year+period+in+mofid+children+and+toos+hospitals.">Evaluation of one hundred pediatric muscle biopsies during a 2-year period in mofid children and toos hospitals.</a> Iranian Journal of Child Neurology. 7 (2), 17-21 (2013).</li><li>Schiaffino, S., Reggiani, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+types+in+mammalian+skeletal+muscles.">Fiber types in mammalian skeletal muscles.</a> Physiological Reviews. 91 (4), 1447-1531 (2011).</li><li>Wang, K., Wright, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Architecture+of+the+sarcomere+matrix+of+skeletal+muscle:+immunoelectron+microscopic+evidence+that+suggests+a+set+of+parallel+inextensible+nebulin+filaments+anchored+at+the+Z+line.">Architecture of the sarcomere matrix of skeletal muscle: immunoelectron microscopic evidence that suggests a set of parallel inextensible nebulin filaments anchored at the Z line.</a> The Journal of Cell Biology. 107 (6), 2199-2212 (1988).</li><li>Ma, W., Gong, H., Irving, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myosin+head+configurations+in+resting+and+contracting+murine+skeletal+muscle.">Myosin head configurations in resting and contracting murine skeletal muscle.</a> International Journal of Molecular Sciences. 19 (9), (2018).</li><li>Ma, W., Gong, H., Kiss, B., Lee, E. J., Granzier, H., Irving, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thick-Filament+Extensibility+in+Intact+Skeletal+Muscle.">Thick-Filament Extensibility in Intact Skeletal Muscle.</a> Biophysical Journal. 115 (8), 1580-1588 (2018).</li><li>Bonafiglia, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+pain+responses,+hemodynamic+reactivity+and+fibre+type+composition+between+Bergstr&#246;m+and+microbiopsy+skeletal+muscle+biopsies.">A comparison of pain responses, hemodynamic reactivity and fibre type composition between Bergstr&#246;m and microbiopsy skeletal muscle biopsies.</a> Current Research in Physiology. 3, 1-10 (2020).</li><li>Wickiewicz, T. L., Roy, R. R., Powell, P. L., Edgerton, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Muscle+architecture+of+the+human+lower+limb.">Muscle architecture of the human lower limb.</a> Clinical Orthopaedics and Related Research. (179), 275-283 (1983).</li></ol>

Neste relatório, descrevemos uma técnica para a biópsia de tecido muscular estruturalmente intacto da TA. Verificou-se que este procedimento produz um conteúdo aceitável de fibras musculares utilizáveis (preparações de 5-10 fibras por 50 mg de tecido coletado) para testes mecânicos. Além disso, tínhamos tecido suficiente para acompanhamento de experimentos mecânicos, genéticos e proteômicos.
Existem vários métodos tipicamente utilizados para a coleta de biópsias musculares<sup...

O estudo da fisiologia muscular humana para fins clínicos ou de pesquisa muitas vezes requer biópsias musculares. Por exemplo, um grande desafio na fisiologia muscular humana e na biomecânica é distinguir e entender as diversas adaptações do desempenho muscular ao exercício. As adaptações de desempenho não incluem apenas adaptações estruturais (por exemplo, mudanças nas proteínas contratuais, arquitetura muscular), mas também incluem adaptações neurais1, que são muito difíceis, se não impossíveis, de avaliar separadamente ao testar intactos nos músculos humanos. Experimentos de nível de fibra removem esses componentes de ordem mais alta e permitem uma avaliação mais direta da contração muscular e podem ser coletados através de técnicas de biópsia. Biópsias musculares foram coletadas desde pelo menos 18682. Hoje, a técnica predominante para coletar biópsias musculares é a técnica modificada bergström3,4,5, embora outras técnicas estejam disponíveis, incluindo o uso de um conchotome Weil-Blakesley6 ou a chamada agulha fina7,8. Todas essas técnicas usam instrumentos especiais semelhantes a agulhas que são projetados para passar para o músculo e cortar um pedaço de tecido. Especificamente, a técnica bergström modificada usa uma agulha grande modificada (tamanho de agulha de 5 mm aqui; Figura 1) que tem uma janela próxima à ponta da agulha e um trocarte interno menor que se move para cima e para baixo da agulha, cortando o músculo ao passar sobre a janela da agulha. Dentro deste trocariola está um ramrod que se move para cima e para baixo no eixo do trocarte e empurra a biópsia em direção à janela da agulha. Para puxar o músculo para dentro da janela da agulha, uma mangueira de sucção é anexada, que suga o ar da agulha e puxa o músculo para dentro da janela da agulha através de pressão negativa.
Biópsias musculares são frequentemente adquiridas para estudar mudanças no conteúdo proteico, expressão genética ou morfologia causadas por doença ou em resposta a um programa de exercícios1,,9,,10,11. Outro uso crítico para biópsias musculares são experimentos mecânicos como a medição da força contratil de fibra, rigidez da fibra muscular e propriedades musculares dependentes da história12,,13,,14,,15,16. A mecânica de feixe de fibra única ou fibra é medida pela fixação de fibras entre um motor de comprimento e transdutor de força em plataformas especializadas que controlam o comprimento da fibra ao mesmo tempo em que medem a força. Ao permeabilizar (por exemplo, esfolar) fibras, a membrana sarcolemma torna-se permeável aos produtos químicos na solução de banho, permitindo o controle de ativação por meio da concentração de cálcio variada. Além disso, o efeito das propriedades contratuais em produtos químicos/farmacêuticos/outras proteínas pode ser facilmente avaliado adicionando o reagente em questão à solução de banho. No entanto, embora essa técnica seja altamente utilizada em outros modelos animais, notavelmente menos estudos realizaram testes mecânicos em fibras esfoladas de biópsias musculares humanas17,,18,,19. Uma das razões é que as ferramentas e protocolos de biópsia são projetados para remover o máximo de tecido muscular possível com menos consideração pelo nível de dano estrutural sofrido durante a extração tecidual. De fato, um protocolo de biópsia recente sugere conduzir a agulha da biópsia para dentro do músculo e coletar 2-4 pedaços de músculo3. O processo em si faz pouco dano ao DNA ou material proteico, mas muitas vezes destrói fibras e estruturas sarcomericas de tal forma que a ativação de fibras musculares se torna instável ou impossível. Além disso, o comprimento relativo das fibras dentro da biópsia são tipicamente curtos (<2 mm) e não são facilmente manuseados para testes mecânicos. Para testes mecânicos, as fibras ideais são longas (3-5 mm) e não são estruturalmente danificadas.
Técnicas mais avançadas de extração de tecidos podem ser usadas para limitar danos de fibras. Por exemplo, um grupo20 aproveitou as "cirurgias abertas" previamente planejadas de antebraços (por exemplo, reparação de fratura óssea), onde os músculos foram totalmente expostos e um cirurgião foi capaz de visualizar a estrutura muscular e dissecar cuidadosamente amostras relativamente grandes e estruturalmente intactas de tecido muscular (15 mm x 5mm x 5 mm). Essa técnica de "biópsia aberta" é favorecida quando os participantes estão passando por um procedimento previamente planejado, e assim limita o pool de potenciais participantes, especialmente para adultos saudáveis, onde não ocorreria cirurgias de outra forma. Assim, muitas biópsias realizadas para fins de pesquisa são feitas como procedimento ambulatorial e o local de incisão é mantido o menor possível para limitar o risco de infecção, cicatrizes e tempo de cura. Portanto, a maioria das biópsias são coletadas cegamente (ou seja, o operador não consegue ver a agulha de coleta à medida que passa pela fáscia para dentro do músculo). Isso implica que a qualidade da biópsia é quase inteiramente baseada na habilidade e experiência do operador. Cada músculo tem suas próprias dificuldades ao coletar tecidos, como riscos de violar nervos e vasos sanguíneos, seleção de uma profundidade e localização de coleta ideal, e decidir uma posição corporal adequada para manter o músculo o mais frouxo possível. Infelizmente, a maioria das habilidades específicas dos músculos não são escritas e, portanto, cada médico deve "reinventar a roda" ao realizar biópsias em músculos novos para eles. Essa falta de experiência geralmente leva a várias coleções de baixa qualidade até que o médico identifique as melhores práticas para biópsias nesse músculo. Médicos iniciantes frequentemente aprendem a habilidade através de conversas com seus colegas mais experientes, mas relativamente poucos textos informativos e revisados por pares existem sobre o assunto, especialmente para músculos que não são tradicionalmente usados para coleta de biópsia. Se considerarmos as informações acima, juntamente com a dificuldade de recrutar voluntários humanos para biópsias, fica claro que são necessárias mais informações de ensino que maximizam as chances de sucesso para cada participante.
Assim, o objetivo deste artigo foi apresentar uma técnica de biópsia muscular que fornece protocolos para a coleta bem sucedida de biópsias musculares com fragmentos de fibras longas e não danificados para testes mecânicos. Biópsias musculares humanas são geralmente realizadas, e a maior parte do material de treinamento de biópsia está ligado, o musculus vastus lateralis. Seu tamanho muscular relativamente grande e localização superficial em relação à pele permite a coleta de tecido muscular adequado, minimizando o desconforto do paciente e o trauma físico1,21. No entanto, existem algumas limitações para o uso da vasto lateralis para estudos de treinamento longitudinal. Por exemplo, durante protocolos experimentais que incluem um programa de treinamento, os participantes devem abster-se de treinamento adicional fora do estudo por um período que muitas vezes se estende por 2-6 meses. Para os atletas, isso muitas vezes não é possível, pois a vasto lateralis geralmente é treinada durante exercícios típicos (por exemplo, agachamentos, saltos), ou geralmente é usada para o esporte (por exemplo, corrida, ciclismo). Essas experiências de treinamento separadas longe do objetivo do estudo podem causar adaptações musculares que alteram a mecânica muscular, a arquitetura e a fisiologia de tal forma que é difícil ou impossível saber o verdadeiro efeito do protocolo experimental do estudo sobre as propriedades musculares. Para esses tipos de estudos, seria ideal selecionar um músculo alvo que muitas vezes não é o foco dos regimentos de treinamento. O musculus tibialis anterior (TA) é um músculo alvo ideal que satisfaz os requisitos acima. Além disso, intervenções de treinamento podem ser direcionadas para o TA utilizando abordagens controláveis, como com o uso de um dinamômetro. Quase não há material de treinamento relativo a uma biópsia muscular. Por isso, desenvolvemos um protocolo modificado para coletar biópsias musculares relativamente intactas do TA.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>26 guage subcutaneous needle with 2 ml glass syringe</td>
			<td>B. Braun Melsungen AG 
			Carl-Braun-Stra&#223;e 1 
			34212 Melsungen, Hessen 
			Germany 
			&#160;</td>
			<td>4606027V</td>
			<td>Drug administration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5mm Berst&#246;m needle</td>
			<td>homemade</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Tissue collection. Similar to other Berst&#246;m needles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylastic</td>
			<td>BSN medical GmbH 
			22771 Hamburg</td>
			<td>269700</td>
			<td>elastic compression bandage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Complete protease inhibitor cocktail</td>
			<td>Roche Diagnostics, Mannheim, Germany</td>
			<td>11836145001</td>
			<td>Protease inhibitor tabeletes added to all solutions that hold muscle tissue.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cutasept</td>
			<td>PAUL HARTMANN AG 
			Paul-Hartmann-Stra&#223;e 12 
			89522 Heidenheim 
			Germany</td>
			<td>9805630</td>
			<td>Disenfectant spray for the skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leucomed T plus</td>
			<td>BSN medical GmbH 
			22771 Hamburg</td>
			<td>7238201</td>
			<td>Transparent wound dressing with wound pad to seal the wound and protect against infection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leukostrip</td>
			<td>Smith and Nephew medical Limitied 101 Hessle road, 
			Hull 
			Great Britain</td>
			<td>66002876</td>
			<td>wound closure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical disposable scalpels</td>
			<td>Aesculap AG 
			Am Aesculap-Platz 
			78532 Tuttlingen 
			Germany</td>
			<td>BA200 series</td>
			<td>Incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Unihaft cohesive elastic bandage</td>
			<td>BSN medical GmbH 
			22771 Hamburg</td>
			<td>4589600</td>
			<td>cohesive elastic bandage that protects against mechanical impact</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylocitin 2% with Epinephrin</td>
			<td>Milbe GmbH 
			M&#252;nchner Stra&#223;e 15 
			06796 Brehna 
			Germany</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Controlled substance anesthesia, vasoconstriction</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

collection of skeletal muscle biopsies from the superior compartment of human musculus tibialis anterior for mechanical evaluation

As propriedades mecânicas da contração de fibras esqueléticas são indicadores cruciais da saúde, função e desempenho muscular geral. Biópsias musculares esqueléticas humanas são frequentemente coletadas para esses esforços. No entanto, relativamente poucas descrições técnicas de procedimentos de biópsia, fora do musculus vastus lateralis comumente usado, estão disponíveis. Embora as técnicas de biópsia sejam frequentemente ajustadas para acomodar as características de cada músculo em estudo, poucos relatórios técnicos compartilham essas alterações para a comunidade maior. Assim, o tecido muscular dos participantes humanos é muitas vezes desperdiçado à medida que o operador reinventa a roda. Expandir o material disponível em biópsias de uma variedade de músculos pode reduzir o incidente de biópsias fracassadas. Este relatório técnico descreve uma variação da técnica bergström modificada no musculus tibialis anterior que limita o dano de fibra e fornece comprimentos de fibra adequados para avaliação mecânica. A cirurgia é um procedimento ambulatorial que pode ser concluído em uma hora. O período de recuperação deste procedimento é imediato para atividade leve (ou seja, caminhada), até três dias para a retomada da atividade física normal, e cerca de uma semana para cuidados com feridas. O tecido extraído pode ser usado para experimentos de força mecânica e aqui apresentamos dados de ativação representativos. Este protocolo é apropriado para a maioria dos propósitos de coleta, potencialmente adaptável a outros músculos esqueléticos, e pode ser melhorado por modificações na agulha de coleta.

Todo o compromisso para um participante foi de cerca de uma hora (consulta de 10 minutos, ultrassom de 10 min, 20 min de preparação para cirurgia e administração anestésico, 10 min de cirurgia e recuperação de 10 min). Muitas vezes, os participantes ativavam inconscientemente seu TA e precisavam de lembretes consistentes para manter o músculo o mais relaxado possível. Quando a agulha da biópsia estava dentro do músculo, os participantes geralmente relatava uma sensação única de "pressão" na área ao redor ...

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Collection of Skeletal Muscle Biopsies from the Superior Compartment of Human Musculus Tibialis Anterior for Mechanical Evaluation

Este relatório técnico descreve uma variação da técnica modificada de Bergström para a biópsia do musculus tibialis anterior que limita o dano da fibra.

Coleta de Biópsias Musculares Esqueléticas do Compartimento Superior do Musculus Tibialis Anterior para Avaliação Mecânica

The mechanical properties of contracting skeletal fibers are crucial indicators of overall muscle health, function, and performance. Human skeletal muscle ...

Bem-vindos ao Ruhr-University Bochum, Faculdade de Ciência do Esporte. Hoje, vamos demonstrar a coleta de biópsias musculares esqueléticas do compartimento superior do musculus tibialis anterior. Embora as técnicas de biópsia sejam eficazes na coleta de tecido muscular, as fibras são frequentemente estruturalmente danificadas de tal forma que avaliar a mecânica das fibras é difícil.Apresentamos uma variação de uma técnica bergstrom modificada que limita o dano de fibra e maximiza o comprimento da fibra para que a avaliação mecânica das fibras humanas possa ser conduzida. A demonstração será conduzida pelo médico da equipe, Dr. Markus de Marees e cientistas de pesquisa, Dr. Daniel Hahn e Anthony Hessel. O participante e o médico se reúnem primeiro para revisar e discutir o procedimento.Se satisfeito, o participante assina o contrato de consentimento informado voluntário. Instrua o sujeito a colocar supino e manter seu membro o mais relaxado possível. Dorsiflex o pé do participante para que a tibialis anterior seja frouxa.Use uma sonda de ultrassom para visualizar o plano transversal do compartimento superficial dentro da barriga muscular anterior tibialis, identifique uma área de biópsia sem artérias ou nervos principais. Finalmente, registo da profundidade da aponeurose central para que a agulha de coleta nunca seja levada além deste ponto. Gire a sonda de ultrassom para acessar o plano sagital da área alvo identificada.Salve uma imagem do volume muscular com fascicles visíveis. As ferramentas cirúrgicas são esterilizadas e preparadas antes do procedimento e são totalmente descritas dentro do protocolo escrito. A agulha Bergstrom tem uma janela perto da ponta.Dentro desta agulha há um trocarte oco menor, que se move para cima e para baixo do eixo e corta o músculo ao passar sobre a janela da agulha. Dentro do trocarte há um ramrod menor que é usado para empurrar a biópsia para fora do trocarte. Para puxar o músculo para dentro da janela da agulha, uma mangueira de sucção é presa ao topo da agulha que suga o ar da agulha e puxa o músculo através da janela da agulha por pressão negativa.Instrua o participante a colocar supino na mesa de procedimento e relaxar os músculos das pernas. Replicou a pequena dorsiflexão do tornozelo usada durante a imagem do ultrassom e, em seguida, fixar a articulação do tornozelo para minimizar a rotação durante o procedimento. Raspe e desinfete a área de incisão do alvo.Em seguida, administre uma injeção superficial de 1,5 CCs de 2%de xilocitina com epinefrina. Isso funciona como um anestésico local e constritor de vasos. O tempo de afeto é de 20 a 30 minutos.Remova a linha de visão do paciente para o local da biópsia com uma tela. No local da biópsia previamente marcada faça uma incisão proximal de um centímetro para incisão distal com um bisturi estéril que corta a pele e a fáscia, expondo o tecido muscular subjacente. Posicione a agulha da biópsia sobre a incisão e oriente-a perpendicular à pele.Empurre a agulha da biópsia de meio a um centímetro no músculo. Pode haver alguma resistência leve ao movimento da agulha, mas qualquer resistência extra é anormal e muitas vezes indica uma incisão inapta. Em seguida oriente a agulha para uma posição distal a proximal, empurre a agulha mais um a dois centímetros no músculo.A orientação exata e a profundidade de viagem da agulha serão específicas do participante. E assim baseado no exame de ultrassom. Coloque a mangueira de seringa na agulha da biópsia e crie pressão negativa na agulha.Isso vai atrair o tecido muscular através da janela da agulha. Empurre com força o trocarte sobre a janela da agulha para extirar o músculo. Retire a agulha da perna e passe para um técnico para processamento de tecidos.Use fita adesiva ou adesivo para fechar a ferida e aplique curativos para proteger a ferida contra infecção ou abrasão mecânica. Instrua o participante a se levantar e caminhar por aí. Eles ficarão doloridos, mas capazes de andar por aí imediatamente.Para remover o tecido da janela da biópsia, primeiro expor o tecido, depois submergiu a ponta da agulha em uma vil cheia de tampão fisiológico e mover vigorosamente a agulha até que o músculo flutue para fora da agulha para dentro da solução. Processe o tecido muscular para avaliação mecânica utilizando métodos padrão. Recentemente coletamos 22 biópsias de participantes usando este protocolo.O rendimento médio da coleta foi de 100 a 200 miligramas de tecido muscular utilizável. Cada biópsia rendeu de 150 a 300 fibras não danificadas de três a cinco milímetros de comprimento. Os feixes de fibras foram quimicamente esfolados com glicerol e, em seguida, ativados em uma solução de cálcio alto a um comprimento médio de sarcomere de 2,7 mícrons.Biópsias que são devidamente armazenadas são viáveis para testes mecânicos por vários meses. Este procedimento de biópsia leva uma hora. Complicações de biópsias são muito raras, mas provavelmente é uma infecção do local da incisão.Um grande desafio na fisiologia muscular humana e na biomecânica é distinguir entre as diversas adaptações do desempenho muscular ao exercício e à doença. Para identificar adequadamente as adaptações de nível de fibra para exercícios ou doenças, as biópsias são técnicas apropriadas. No entanto, deve-se tomar cuidado para proteger contra danos musculares durante a extração tecidual.O protocolo aqui demonstrado fornece um alto rendimento de tecido muscular para esses fins.

Research

JoVE Journal

Biology

Mitochondrial Isolation from Skeletal Muscle

Isolamento mitocondrial do músculo esquelético

Mitochondria are organelles controlling the life and death of the cell. They participate in key metabolic reactions, synthesize most of the ATP, and ...

Biologia

Purification of Progenitors from Skeletal Muscle

Purificação de Progenitores do músculo esquelético

Skeletal muscle contains multiple progenitor populations of distinct embryonic origins and developmental potential. Myogenic progenitors, usually residing ...

Laser-inflicted Injury of Zebrafish Embryonic Skeletal Muscle

Laser-infligido Lesão de Zebrafish muscular esquelético embrionário

Various experimental approaches have been used in mouse to induce muscle injury with the aim to study muscle regeneration, including myotoxin injections ...

Isolation and Culture of Individual Myofibers and their Satellite Cells from Adult Skeletal Muscle

Isolamento e Cultura de miofibras individuais e suas células satélites do músculo esquelético

Muscle  regeneration in the adult is performed by resident stem cells called satellite  cells. Satellite cells are defined by  their position between the ...

Evaluation of Muscle Function of the Extensor Digitorum Longus Muscle Ex vivo and Tibialis Anterior Muscle In situ in Mice

Evaluation of Muscle Function of the Extensor Digitorum Longus Muscle Ex vivo and Tibialis Anterior Muscle In situ in Mice

Avaliação da função muscular do músculo extensor longo dos dedos<em&gt; Ex vivo</em&gt; E músculo tibial anterior<em&gt; Em situ</em&gt; Em Ratos

Body  movements are mainly provided by mechanical function of skeletal muscle. Skeletal  muscle is composed of numerous bundles of myofibers that are ...

Assessment of Calcium Sparks in Intact Skeletal Muscle Fibers

Avaliação do cálcio Faíscas intactas fibras musculares esqueléticas

Maintaining homeostatic Ca2+ signaling is a fundamental physiological process in living cells. Ca2+ sparks are the elementary units of Ca2+ signaling in ...

Isolation of Blood-vessel-derived Multipotent Precursors from Human Skeletal Muscle

Isolamento de Blood-derivado do navio Multipotentes Precursores do músculo-esquelético humano

Since the discovery of mesenchymal stem/stromal cells (MSCs), the native identity and localization&#160;of MSCs have been obscured by their retrospective ...

Tissue Triage and Freezing for Models of Skeletal Muscle Disease

Triagem de Tecidos e Congelamento de modelos de doença do músculo esquelético

Skeletal muscle is a unique tissue because of its structure and function, which requires specific protocols for tissue collection to obtain optimal ...